Понятие «избыточности информации»

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Характерной особенностью большинства типов данных является их избыточность. Степень избыточности данных зависит от типа данных. Например, для видеоданных степень избыточности в несколько раз больше чем для графических данных, а степень избыточности графических данных, в свою очередь, больше чем степень избыточности текстовых данных. Другим фактором, влияющим на степень избыточности является принятая система кодирования. Примером систем кодирования могут быть обычные языки общения, которые являются ни чем другим, как системами кодирования понятий и идей для высказывания мыслей. Так, установлено, что кодирование текстовых данных с помощью средств русского языка дает в среднем избыточность на 20-25% большую чем кодирование аналогичных данных средствами английского языка.

Для человека избыточность данных часто связана с качеством информации, поскольку избыточность, как правило, улучшает понятность и восприятие информации. Однако, когда речь идет о хранении и передаче информации средствами компьютерной техники, то избыточность обычно играет отрицательную роль, поскольку она приводит к возрастанию стоимости хранения и передачи информации. Особенно актуальной эта проблема стает в случае обработки огромных объемов информации при незначительных объемах носителей данных. В связи с этим, постоянно возникает проблема уменьшения избыточности или сжатия данных. Если методы сжатия данных применяются к готовым файлам, то часто вместо термина «сжатие данных» употребляют термин «архивация данных», сжатый вариант данных называют архивом, а программные средства, которые реализуют методы сжатия называются архиваторами.

В зависимости от того, в каком объекте размещены  данные, подлежащие сжатию различают:

• Сжатие (архивация) файлов: используется для уменьшения размеров файлов при подготовке их к передаче каналами связи или к транспортированию на внешних носителях маленькой емкости;
• Сжатие (архивация) папок: используется как средство уменьшения объема папок перед долгим хранением, например, при резервном копировании;
• Сжатие (уплотнение) дисков: используется для повышения эффективности использования дискового просторную путем сжатия данных при записи их на носителе информации (как правило, средствами операционной системы).

Существует много практических алгоритмов сжатия данных, но все они  базируются на трех теоретических способах уменьшения избыточности данных. Первый способ состоит в изменении содержимого данных, второй - в изменении структуры данных, а третий - в одновременном изменении как структуры, так и содержимого данных

 

Понятие «избыточности информации»

ИЗБЫТОЧНОСТЬ ИНФОРМАЦИИ величина, которой измеряется относительная  доля излишне используемых сообщений  в некотором алфавите. Определяется формулой: где Н — энтропия сообщения, п — средняя длина кодового слова, М — число символов алфавита. Естественным языкам свойственна значительная И. и. (напр., для русского языка 0,5 — 0,8). Для уменьшения И. и. применяются методы, разрабатываемые в теории кодирования. И. и. может быть естественной (напр., в естественных языках) и искусственной. Последняя специально вводится для улучшения помехоустойчивости и надежности передачи и хранения информации. В общем случае И. и. оказывает двоякое влияние на характеристики информационных систем (в т. ч. и на процессы переработки информации человеком). С одной стороны, И. и. существенно повышает ее помехоустойчивость, дает возможность восстановить искаженную информацию. Например: искажение или потеря отдельных букв, слов, а иногда и фраз позволяет правильно распознать смысл письменного или устного сообщения; искажение состояния одного, двух сегментов знакосинтезирующих цифровых индикаторов в ряде случаев позволяет восстановить истинные значения отображаемой цифры и т. д. Примером избыточности в информационных структурах мозга является парность некоторых анализаторов (зрительного, слухового), что повышает надежность их работы. Избыточную информацию не следует путать с иррелевантной, которая мешает нормальной работе оператора. Существуют три основных способа введения избыточности: 1) многократное повторение информации; 2) введение в дискретные сигналы дополнительных элементов; 3) метод избыточных переменных. С другой стороны, И. и. усложняет систему, увеличивает время обработки информации, снижает реальную пропускную способность каналов связи. Для ее уменьшения в этом случае исцользуют оптимальное кодирование. Поэтому определение необходимой И. и. решается в каждом конкретном случае, исходя из особенностей решаемой задачи и возможных ограничений.¹

Программы архиваторы

Назначение программ-архиваторов  заключается в экономии места на диске за счет сжатия (упаковки) одного или нескольких файлов в архивный файл. Программы-архиваторы используют для хранения в упакованном виде больших объемов информации, которая понадобится в будущем; переноса информации между компьютерами с помощью дискет или электронной почты; создания в сжатом виде резервных копий файлов; для защиты от компьютерных вирусов. В результате работы программ-архиваторов создаются архивные файлы (архивы).

 В основе работы  программ-архиваторов лежит процедура  поиска и перекодирования одинаковых фрагментов содержимого файлов. Сжатие информации в файлах производится за счет устранения избыточности различными способами (за счет упрощения кодов, исключения постоянных битов, замены их повторяющейся последовательности коэффициентом повторения и т. д.). Существует множество алгоритмов сжатия данных. Например, метод энтропийного кодирования. Сжиматься могут как один, так и несколько файлов, которые в сжатом виде помещаются в архив.

 Архивный файл включает  оглавление, содержащее следующую информацию о файлах, хранящихся в архиве: имя файла; сведения о каталоге, в котором он находился; дату и время последней модификации файла; размер файла на диске и в архиве. Код циклического контроля для каждого файла, используемый для проверки целостности архива. В качестве расширений архивным файлам по умолчанию устанавливается имя соответствующей программы-архиватора.

 Большинство программ-архиваторов  позволяют создавать многотомные  архивы. Многотомный архив — это  последовательность архивных файлов, размер которых не превышает заданного размера тома. Обычно создается при необходимости переноса архива на гибких дисках, если размер архива превышает емкость дискеты. При создании таких архивов архиватор делает паузу для смены дискеты. Многотомный архив имеет общее имя, в расширении же каждого файла многотомного архива указывается номер тома.

 Самораспаковывающийся  архив — это определенным образом  обработанный архивный файл, являющийся  выполняемым файлом. Выполнение  такого файла приводит к распаковке содержащихся в нем файлов. Типовые функции программ-архиваторов следующие;

• Помещение исходных файлов в архив
• Извлечение файлов из архива
• Удаление файлов из архива
• Просмотр оглавления архива
• Версификация (проверка) архива

Для каждого файла  из архива в оглавлении архивного файла запоминается код циклического контроля (CRC). При извлечении файла код циклического контроля для него вычисляется и сравнивается с тем, что записан в оглавлении архива. При их несовпадении выдается сообщение об ошибке.

 В настоящее время наибольшее распространение получили программы-архиваторы, ориентированные на работу под управлением операционной системы Windows. Это WinRAR и. WinZip, отличающиеся большой степенью сжатия, работой с длинными именами файлов и удобным интерфейсом. ²

 Особенно удобным  пользовательским интерфейсом обладает  программа WinRAR. Этот архиватор  поддерживает обработку многих  архивных форматов и использует  оригинальный алгоритм упаковки, особенно эффективный для исполняемых  и текстовых файлов. К важным  дополнительным возможностям программы относятся: защита архива при помощи пароля; восстановление поврежденных архивов; создание многотомных и самораспаковывающихся архивов; сохранение комментариев к архивам. Пользовательский интерфейс WinRAR содержит основное меню, панель инструментов и рабочую область, в которой показаны все файлы текущей папки. При работе с WinRAR архивы воспринимаются как папки, содержимое которых можно просмотреть традиционными способами.

 Операционная система  Windows 2000 включает программы обслуживания дисков. Для устранения фрагментации файлов пользователю требуется время от времени выполнять оптимизацию размещения файлов на дисках. Одной из программ, осуществляющих оптимизацию, является программа Disk Defragmenter (находится Пуск/ Программы/Стандартные/Служебные программы). Если диалоговом окне команды нажать кнопку Анализ, приложение проанализирует размещенные на диске файлы и выдаст рекомендацию о необходимости выполнения дефрагментации. Использование кнопки Просмотр по-рэволяет получить информацию об используемом и свободном пространстве на диске, количестве фрагментов в рсаждом фрагментированном файле и т. д. Если степень фрагментации невелика, программа предложит произвести обработку.

 Запустив утилиту  Syslnfo, пользователь имеет возможность получить информацию о персональном компьютере. С помощью основного меню утилиты пользователь просматривает информацию об операционной системе, установленных устройствах, программных компонентах и конфигурации программного обеспечения.

 Зачем уменьшать информацию?

Наверное, каждый из Вас  слышал про архивацию. По крайней  мере, слово это употребляется  довольно часто. Попробуем разобраться, что такое архивация, для чего она нужна и нужна ли она  Вам в принципе. На последний вопрос отвечу сразу же: архивация Вам нужна. Особенно, если Вы пользуетесь электронной почтой. Но обо всем по порядку.

Архивация – это сжатие файлов, то есть уменьшение их размера. Например, у Вас на компьютере есть книга. На компьютерном языке эта книга называется файл, и у него есть определенный размер. Допустим, у Вашей книги... Простите, у файла, размер 1 Мб (один мегабайт). При помощи архивации мы можем уменьшить этот размер в несколько раз без потери текста и качества. Был один мегабайт, а после архивации будет точно такой же файл, но размером 120 Кб (это в 8,5 раз меньше).

Если Вы не разбираетесь в размерах, и слова «мегабайт», «гигабайт» для Вас страшны и  непонятны, советую почитать статью «Размер файла и папки».³

Но такое значительное уменьшение размера после архивации  возможно не всегда. Если Вы попробуете заархивировать музыку, видео, фотографии, то размер практически не изменится. То есть архивация такие файлы не сожмет. О том, как сжимать музыку, видео, фотографии, мы поговорим в следующих уроках.

Зачем тогда нужна архивация? – спросите Вы. Неужели она нужна только для того, чтобы сжимать текст? А вот и нет. У архивации есть еще одно замечательное свойство. По-простому его можно назвать «упаковка»

Например, у меня есть двадцать фотографий. Для удобства эти фотографии я  положил в отдельную папку. Приятель попросил переслать ему по электронной почте эти фотографии. Если Вы когда-нибудь пересылали по почте несколько файлов, то понимаете, что каждый файл нужно прикреплять к письму отдельно. То есть переслать папку, в которой эти файлы лежат, нельзя. И в моем случае придется каждую из двадцати фотографий прикреплять к письму отдельно. Это долго и неудобно. Есть ли выход?

Конечно, есть! И этот выход –  архивация. Фотографии она не уменьшит, зато упакует.

Когда Вы архивируете файлы или  папки с файлами, они помещаются в «архив». Архив – это что-то вроде плотной упаковки. Можно сказать, Ваши файлы (папки) запечатываются и при транспортировке остаются целыми и невредимыми.

Например, когда Вы приходите  на почту, чтобы переслать какую-нибудь вещь, ее тщательно запаковывают. То же самое происходит и при архивации.

Значит, в моем случае с фотографиями, которые нужно  передать по электронной почте, я  могу их просто заархивировать. Получится  один архив, то есть один файл. И когда я буду отправлять письмо, то отправлю один файл, а не двадцать. Это экономит время и нервы.

Именно по причине  удобства, заархивированные файлы и  папки очень часто встречаются  в Интернете.³

Функции программ

Термин «архивация» не совсем точен. Главное назначение программ-архиваторов - сжатие файлов с целью экономии памяти. Поскольку со сжатыми файлами часто невозможно работать по их прямому назначению, их используют для хранения копий файлов, т.е. для их архивации. Сжатию (уплотнению) могут быть подвергнуты: файлы, папки, диски. Сжатие файлов и папок необходимо либо для их транспортировки, либо для резервного копирования, либо для обмена информацией по сети Интернет. Уплотнение дисков применяют для повышения эффективности использования их рабочего пространства (обычно для дисков недостаточной емкости).

Существует много программ-архиваторов, имеющих различные ⁴показатели по степени и времени сжатия, эти показатели могут быть разными для различных файлов (текстовых, графических, исполняемых и т.д.), то есть один архиватор хорошо сжимает текстовый файл, а другой - исполняемый.

Архиватором (упаковщиком) называется программа, позволяющая за счет применения специальных методов сжатия информации создавать копии файлов меньшего размера, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл, из которого можно при необходимости извлечь файлы в их первоначальном виде.

Весь спектр существующих сегодня архиваторов можно разделить  на три группы, которые мы условно  назовем файловыми, программными и  дисковыми.

Файловые  архиваторы позволяют упаковывать один или несколько файлов (например, все содержимое данного подкаталога вместе с вложенными в него подкаталогами) в единый архивный файл. Размер последнего, как правило, меньше, чем суммарный размер исходных файлов, но воспользоваться запакованными программами или данными, пока они находятся в архиве, нельзя, пока они не будут распакованы. Для распаковки архивного файла обычно используется тот же самый архиватор.